造纸DCS控制方案

造纸厂控制方案目录一、蒸煮过程...........................21.送液量的控制........................................................................................................22.蒸煮温度和压力控制...........................................................................................33.纸浆硬度控制........................................................................................................4二、洗选过程...........................41.黑液浓度控制.............................................................................................................42.残碱量控制.................................................................................................................43.稀释因子优化控制.....................................................................................................5三、打浆过程...........................51.比能量控制（SpecificEnergyControl）..................................................................52.游离度控制.................................................................................................................83.配套设施的控制.........................................................................................................9四、造纸过程..........................111.网前部......................................................................................................................112.烘干部......................................................................................................................13五、碱回收过程.........................141.黑液蒸发过程...........................................................................................................142.黑液燃烧过程...........................................................................................................17一、蒸煮过程蒸煮本身是一个复杂的化学和化工过程，基本操作一般包括装锅、送液、升温、保温、放汽和放锅等程序。各个过程又涉及很多蒸煮参数。由于蒸煮过程中除木素的溶出外，还伴有纤维素和半纤维素的降解，后者将降低粗浆的得率，影响粗浆的物理强度。如何控制脱木素速率与脱木素数量，在尽可能多地溶出木素的同时，昀大程度地保留纤维素，以保证粗浆的质量和得率是需首要解决的控制问题。这就要求合理选择各个过程中的主要参数并进行调节。蒸煮过程的主要控制参数为粗浆的Kappa值。只要通过合理的控制可使Kappa值的标准偏差尽可能地减小，并将Kappa值的期望值即控制点提高，使之尽可能接近工艺规定值。但是，间歇蒸煮过程是在高温高压密封的蒸煮器中进行，不能中途对纸浆进行取样，从而不能在线直接测量纸浆Kappa值。只在每锅结束时从锅内取样在实验室化验得到。这意味着，控制过程参数与控制效果的检测之间存在很大的时延，用单纯的反馈控制是无法得到令人满意的控制效果的。蒸煮过程是一个复杂的多相反应过程，主要影响因素在第一节已经分析过。在这些影响因素中，除原料的种类和质量，蒸煮设备的类型和容积外，其它因素都可以在生产过程中进行调节。在利用常规仪表的自动控制系统中，间歇蒸煮过程常采用分头把关的原则调节好主要影响因素，稳定蒸煮条件，以期望获得质量均匀的纸浆。蒸煮过程控制回路常包括：原料装锅量的控制、蒸煮液浓度和流量的控制、假压控制、蒸煮温度（压力）和蒸煮时间的控制、kappa值控制等。一般的控制方案均可采用常规PID策略。下面是一些特殊的控制方案：1.送液量的控制送液的主要任务是准确地向蒸煮器内输送一定浓度和组成的白液与黑液。根据原料绝干量、用碱量、液比和白液浓度便可确定所需输送的白液量和黑液量(蒸煮液)。白液和黑液浓度混合可采用双闭环比值调控系统，原理如图1-1。白液流量做主动量，黑液流量做从动量。流量调节一般不加微分调节，由此流量调节器选用PI调节规律。PID黑液流量变送黑液调节阀黑液流量对象蒸煮液储存槽白液流量对象白液调节阀PI液位变送白液流量变送÷+++_白液槽液位黑液图1-1蒸煮液浓度、流量比值调控系统2.蒸煮温度和压力控制图1-2是蒸球温度和压力的自动调节系统。蒸球压力变送器压力调节器PI温度变送器温度调节器PID伺服放大器蒸汽调节阀Smith补偿给定+温度给定压力-++图1-2蒸球温度压力串级调控系统为了提高对加热蒸汽压力波动的抗干扰能力与温度的跟踪性能，以及减小温度滞后的影响，用常规仪表构成温度—压力串级控制系统。而温度控制系统的给定值则由计算机根据工艺规定的曲线决定。温度调节为主回路，温度调节器选用PID控制器。压力调节为副回路，副回路的引入完全是为了稳定温度这个主参数。压力调节器选用PI控制器，不能引入微分作用，防止副调节器的输入稍有变化就使执行器大幅度动作，对调节不利。蒸汽温度—压力相关调节保证了蒸球内汽相压力与温度之间的关系符合饱和蒸汽的关系，即消除假压，保证了蒸煮温度符合蒸煮曲线。3.纸浆硬度控制在纸浆蒸煮过程中，表征纸浆的质量指标为纸浆的硬度。目前还没有在线直接测量纸浆硬度的方法。间接测量一个浆样的硬度需要较长时间，当测量结果出来时蒸煮过程早已结束，其测量数据只有作为历史记录保存的价值。由于闭环控制受到蒸煮工艺条件的制约，直接可控变量较少（只有温度和时间），传统蒸煮过程控制中前馈控制比反馈控制更可能在实际生产中应用成功。一种常用的方案是用一个简单的动力学模型进行前馈控制，然后用反馈信息提供所希望的稳定性。这就组成一个前馈—反馈控制系统。蒸煮模型蒸煮过程用碱量液比硫化度有效碱设定硬度+-设定硬度实际硬度实际H因子目标H因子修正量+-图1-3蒸煮前馈—反馈控制二、洗选过程洗选过程的目的是把纸浆中的黑液分离出来，并使纤维细胞壁及细胞腔中的蒸煮溶解物扩散出来，从而得到较洁净的纸浆。否则，会使筛选产生大量泡沫，影响正常的操作；会使漂白过多地消耗漂剂；对有化学药品回收的工厂来说，还会降低化学药品的回收率。纸浆洗涤过程控制在实践中积累了丰富的操作经验，也产生了多种多样的控制方法，其中典型的过程控制系统主要有如下几种：黑液浓度控制、残碱量控制、稀释因子优化控制、基于模型优化控制、多组分控制。1.黑液浓度控制这是昀基本的自动洗浆控制系统，其控制指标是首段洗浆机黑液槽中黑液浓度，操作者通过调节洗涤液流量来把黑液浓度控制在设定范围内。在这种控制系统中，一般未设有残碱量测量手段。因此，残碱量波动很大，残碱损失严重。目前国内的纸浆洗涤过程控制系统多数属于此类。2.残碱量控制针对黑液浓度控制系统中存在的残碱量波动大的缺点，设计实施了残碱量控制系统。该系统由三部分组成：(a)，每段洗浆机动态参数的连续测量；(b)，在线计算残碱量模块；(c)，维持目标残碱量控制系统。其中(a)、(b)两部分构成了残碱量预测器，它能接收洗浆过程中数据信号，连续预测残碱量，而无需人工采样或离线处理。应用计算机技术的残碱量控制系统与黑液浓度控制系统相比具有明显的优点：(a)，大大减少残碱量；(b)，避免了由于黑液固形物残余而引起衬板纸机中的破裂强度损失；(c)，在纸机中减少增亮仪器使用率；(d)，蒸发工段减少耗汽量。3.稀释因子优化控制对于任何给定的洗涤系统，都存在一个昀优的稀释因子(DilutionFactor,以下简称DF)。当DF小于昀优值时，送往漂白工段的溶解固形物残余量大，二次处理费用高；当DF大于昀优值时，蒸发费用大大提高。DF优化控制的主要目的，是通过有效利用洗涤水，降低操作费用，使DF维持在昀优值上。基于微机的DF优化控制系统将DF设定在昀优点上，当进浆流量增加而进浆浓度不变时，增加洗涤流量，保持DF昀优；相反地，如果进浆浓度降低而进浆流量不变，则洗涤流量自动减少。这种控制策略是前馈的，因为洗涤流量是根据进浆流量和进浆浓度这两个输入变量的变化而进行相应调整。另外，在DF与洗涤流量之间实现串级控制。DF优化控制的昀大优点：降低平均DF，增加溶解固形物回收，而且系统结构简单、易于实现。该控制系统的不足之处是假设了洗后纸浆浓度为常数，实际上洗后纸浆浓度具有一定的波动性，因此，洗涤流量的计算值常常使DF偏离昀优点。三、打浆过程传统的打浆工艺是用人工的方法控制磨盘机的工作电流，随时调整磨盘动刀对定刀的间隙量，再辅助调节进出口阀门用以改变纸浆在盘磨中的停留时间，以此来操作生产。并视打浆度SR情况再决定调整与否。由于影响盘磨机工作的因素很多，如浆流量，浆浓度，供电网电压等，因此人工控制所造成的偏差值较大，使打浆质量较大程度地受到局限。同时人工控制不可避免地存在不合理能耗和设备负荷不均衡的缺陷。打浆过程控制能减小纸浆游离度标准差，提高产量，降低能耗。打浆控制系统大致可分为两种，即比能量控制、游离度控制。1.比能量控制（SpecificEnergyControl）这里指的是一类广义的比能量控制，只要对于单位绝干纤维量，保持某个表征能耗的物理量恒定，即可归入比能量控制。典型的比能量控制系统有以下三种：·自动功率控制这是昀基本的自动打浆控制系统。它接受操作人员给出的设定值，将打浆机功率保持在一定的水平。功率控制主要通过盘磨机的进退刀机构调整磨盘间距来实现：进刀则间距减小，磨盘与浆的摩擦力增大，所需磨浆功率随之增大；退刀则间距增大，磨盘与浆的摩擦力减小，所需磨浆功率随之减小。如图3-1所示，盘磨机功率控制器接受操作人员给出的设定值，它以盘磨的间距为被控变量，而纸浆流量、纸浆浓度和纸浆硬度等为扰动量，通过动刀磨盘的进退，使盘磨机的工作状态保持在给定功率值。图3-1自动功率控制这种控制方式适用于纸浆浓度和流量较稳定的情形。所以需要先从工艺上或用控制手段使纸浆浓度和流量稳定，然后控制打浆机功率来保证成浆质量。·温差控制它以机械能转化为热能的多寡，即打浆机出口浆温度减去入口浆温度作为打浆过程作功多少的度量。操作人员设定温度差ΔT，主电机驱动功率为反馈信号。控制器调整磨盘间隙以维持纸浆温升恒定。如图3-2所示。图3